鄭徐客運專線路基工程地基處理技術探析

王 閏

(鄭西鐵路客運專線有限責任公司，河南鄭州 450008)

為保證軌道結構的平順性和行車安全，高速鐵路對地基沉降有極為嚴格的要求，路基工程地基處理和沉降控制是軟土地區高速鐵路建設的關鍵技術問題，相關研究受到人們的廣泛關注［1-4］。鄭徐客運專線沿線第四系地層覆蓋呈厚層或巨厚層狀，表層更是分布有厚度巨大的的軟土和松軟土層，需采取地基加固措施來控制路基工程工后沉降，地基處理措施的合理選取是確保鄭徐客運專線路基工程施工質量的關鍵環節。根據沿線工程地質條件、線路等級及控制標準、路基部位及填高等因素，確定了鄭徐客運專線路基工程采用的地基處理類型及選取原則，并以蘭考南站為實例進行了詳細分析，以期為工程建設過程中提供一定的參考和借鑒。

1 工程概況

1.1 工程概況

鄭徐客運專線跨越河南、安徽和江蘇三省，西起鄭州市，與鄭西、京廣客專銜接，東至徐州市，與京滬高鐵銜接，全長361.937 km，正線路基全長23.421 km，基本位于車站范圍內，區間正線路基長度6.830 km。全線設鄭州東、開封北、蘭考南、民權北、商丘、碭山南、永城北、蕭縣北、徐州東共9個車站，設計時速350 km/h，鋪設Ⅲ型板無砟軌道。另有鄭州、商丘、徐州樞紐配套工程，路基工程為有砟軌道。

1.2 工程地質條件

鄭徐客運專線位于沖積平原，沿線廣布厚層或巨厚層的第四系覆蓋層，厚度最大超過400 m。全線表層松軟土地層(以軟塑狀粉質黏土和稍密狀粉土為主)厚度大，一般地段厚20～45 m，局部可達50 m以上，且存在軟硬互層或硬夾層情況。其中鄭州至商丘段和徐州地區松軟土厚多在30 m以內;商丘至蕭縣段松軟土厚為35～45 m，最大厚度達54 m;路基工程工后沉降控制較為困難。

2 地基加固處理原則及類型

2.1 地基加固類型總述

根據工程地質條件、線路等級及控制標準、路基部位及填高等因素，設計主要采用了7種地基加固措施:①CFG樁樁網復合地基;②管樁樁網(樁筏)結構;③素混凝土樁樁筏結構;④鉆孔樁樁板結構;⑤螺桿樁樁網復合地基;⑥長短樁樁筏結構;⑦雙向水泥土攪拌樁或水泥砂漿樁。其中管樁、素混凝土樁、鉆孔灌注樁為剛性樁，其余為半剛性樁或柔性樁。螺桿樁樁網復合地基、長短樁樁筏結構為新型地基加固措施，在本項目中為首次采用。

2.2 地基沉降控制原理與檢算

路基工程需同時滿足穩定、工后沉降和復合地基承載力要求。無砟軌道路基以工后沉降或不均勻沉降控制為重點，選用針對性的地基加固措施。

路基沉降包括動荷載引起的沉降、路基本體的壓密沉降和地基土壓縮沉降三部分。其中路基本體填料的沉降量相對較小，完成時間較短，工后沉降不考慮;動荷載引起的沉降一般按5 mm考慮［5－7］。可見路基工后沉降控制的關鍵是控制地基土壓縮沉降。路基工后沉降分別考慮加固區沉降和下臥層沉降，工后沉降ΔS為總沉降S總減去施工期已完成的沉降S施

ΔS=S總－ S施= λS有－ λUS無= λ(S有－ US無)

式中:S有為在列車和長期荷載工況下路基的最終沉降;S無為僅考慮施工期填土荷載工況下路基的最終沉降;λ為沉降修正系數，根據規范或者地區經驗取值;U為固結度或沉降完成率，與地層條件、填筑時間等緊密相關。

2.3 地基加固措施選用原則

在充分考慮地基土特性、厚度和埋深、地下水特征、路基標準要求，以及施工的可行性、經濟合理性等因素基礎上，經技術經濟對比分析，選擇最適宜的地基處理方法，通過檢算分析確定地基加固樁間距和加固深度等。

①本線正線地基:采用CFG樁、預制管樁為主，其中加固深度27.5 m以內地段選擇CFG樁復合地基，大于27.5 m以上采用管樁樁網加固。②加固深度27.5～40 m地段:無較厚硬夾層時選擇管樁樁網結構加固;存在較厚硬夾層時，選擇素混凝土樁、長短組合樁樁筏結構復合地基進行加固。③松軟土厚度大(＞40 m):選用素混凝土樁、長短組合樁樁筏結構復合地基進行加固。④橋路過渡段:選擇鉆孔樁樁板結構進行地基加固。⑤站線、聯絡線等有砟軌道:選用水泥攪拌樁或砂漿樁加固。⑥站坪填土:選用沖擊壓實加固。

(1)CFG樁樁網結構復合地基

CFG樁適用于處理黏性土、粉土、砂土和已固結的素填土，不適于淤泥、泥炭土及碎石土等地層。CFG樁可采用長螺旋鉆孔樁機施工，施工深度≤27.5 m。CFG樁樁網結構復合地基由CFG樁+擴大樁帽+土工格柵(格室)加筋墊層構成。樁徑0.5 m，樁間距1.7～2.0 m，正線多采用1.8 m。CFG樁為本線的主體樁型。

(2)管樁樁網(筏)結構復合地基

管樁為預制樁，具有施工速度快、施工質量易保證等優點，可采用錘擊法或靜壓法施工，施工深度一般不超過40 m，但難以穿越中密砂層、碎石土及厚度較大的硬塑以上黏性土層，適用于鄭徐客專的易液化粉土、軟塑狀黏性土地層。本線樁徑均為0.4 m，樁間距2.0～2.4 m(突破現行《鐵路地基處理技術規程》(TB10106—2010)中“管樁樁網(樁筏)結構樁間距宜為樁徑的4～5倍”規定)。

(3)素混凝土樁樁筏結構

素混凝土樁可采用長螺旋入巖鉆機、回旋鉆機施工，施工深度可達40～50 m，適用于處理深厚層松軟土或間夾硬層厚層松軟地基。素混凝土樁樁筏結構地基由素混凝土樁+碎石墊層(0.2 m)+筏板(0.6 m)構成，樁徑0.6 m，樁間距3.0 m。

(4)鉆孔樁樁板結構

鋼筋混凝土鉆孔樁可采用旋挖鉆機、回旋鉆機等施工，受地層影響較小、施工深度大、施工費用高，多用于橋路過渡段等工后沉降控制嚴格的重要位置。鉆孔樁樁板結構，樁徑1.0～1.2 m，樁間距4 ～5 m，鋼筋混凝土板梁厚1 m。

(5)螺桿樁樁網結構復合地基

螺桿樁是一種上部圓柱形、下部螺紋形樁體，采用專用螺桿鉆機成孔，鉆進時正向旋轉擠壓成孔，提鉆時反向旋轉形成螺紋形鉆孔，提鉆同時泵入混凝土的一種成樁工藝。為一種無棄土擠土樁，適用于易液化的粉土、粉砂地層，對提高承載力有優勢。樁徑0.5 m，樁間距1.8～2.2 m，加固深度不大于32.0 m。

(6)長短樁樁板結構

長短樁由長樁、短樁組合構成，是一種新型地基加固措施。長樁施工深度較大起到沉降控制作用，一般選用素混凝土樁或鉆孔樁等剛性樁;短樁主要起到增強承載力作用，一般選用較為經濟的CFG樁、螺桿樁或攪拌樁等。一般采用樁筏結構，組合樁間距2.5 m，筏板厚0.6 m。

(7)雙向水泥土攪拌樁及水泥砂漿樁復合地基

水泥土攪拌樁及水泥砂漿樁屬柔性柱，具有施工簡單、快速、振動小等優點，能有效地提高軟土地基的穩定性，減少和控制沉降。由于其樁身強度較低、加固樁長有限(≤16.0 m)，沉降控制力度較弱，主要應用于車站站線、聯絡線等沉降控制要求較低的軟土地基處理。樁徑0.5 m，樁間距1.0～1.5 m。

3 典型工點地基加固措施實例

蘭考南站位于河南省蘭考縣，起訖里程DK105+535.37～DK107+071.17，全長1511.68 m。兩端與橋相接，分布涵洞5座，中橋1座，地道1座，維修工區一處，站房采用“側下式”形式。全段路堤填高6.4～8.8 m，地基表層松軟土層厚25～30 m，均為軟塑狀黏性土及稍松—稍密狀粉土，地基軟弱。為滿足路基工后沉降要求，分線路標準、工程部位對地基進行加固處理。

蘭考南站地基加固措施的主要設計類型及參數如下:①全段正線路基(含3、4線)以CFG樁復合地基為主，CFG樁間距1.8～1.9 m，樁長23～26 m。②涵路過渡段、道岔區采用管樁樁網(樁筏)復合地基加固，樁間距2.0～2.2 m，樁長28～36.0 m。③兩端橋路過渡段采用鉆孔樁樁板結構，樁徑1.0 m，樁間距4.0～4.5 m;中橋過渡段采用管樁樁筏結構加固，樁間距2.0～2.2 m。④“側下式”站房與線路間設直立扶壁墻，地基采用鉆孔樁基礎，樁徑1.25 m。⑤維修工區范圍線路基底及周邊采用螺桿樁復合地基加固，以起到填土穩定作用。⑥對站房場坪填土以控制填土穩定為原則，考慮到本站填土較低、地基表層粉土松散易液化，填筑前采用沖擊壓實處理(如圖1)。

圖1 蘭考南站地基處理設計平面

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